軋機減速機低速軸花鍵齒磨損分析及維護

侯鐵軍，張洪亮

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰竞颖笔″懺煊娩摴こ碳夹g(shù)研究中心，河北 承德 067201）

軋機減速機低速軸花鍵齒磨損分析及維護

侯鐵軍，張洪亮

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰竞颖笔″懺煊娩摴こ碳夹g(shù)研究中心，河北 承德 067201）

軋機減速機是軋線機列的關(guān)鍵設(shè)備，作為傳動聯(lián)接的花鍵齒是日常點檢、維護的重點，傳動聯(lián)接的穩(wěn)定運行是機列無故障、產(chǎn)線生產(chǎn)正常的重要保障。本文介紹了軋線機列的簡要構(gòu)成及軋機減速機低速軸花鍵齒的磨損案例，對花鍵齒磨損進行機理分析，并介紹了維護思路。

軋機減速機；花鍵齒磨損；維護

某鋼廠棒材軋線配置高剛度短應(yīng)力線軋機共20架，分粗軋、中軋及精軋三組布置，其中粗、中軋機組各8架，精軋機組4架，平立交替布置。其中，3 H軋機為φ610軋機，輥徑范圍φ520～φ610 mm，減速箱輸出軸的中心距為670 mm，傳動結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖13 H軋機傳動結(jié)構(gòu)示意圖

1.電機 2.聯(lián)軸器 3.聯(lián)合減速箱 4.鼓形齒聯(lián)軸器5.上工作輥 6.下工作輥

3 H軋機列由一臺直流電機單獨傳動，主傳動設(shè)置安裝在平臺上，通過聯(lián)軸器聯(lián)接聯(lián)合齒輪箱，依次為鼓形齒聯(lián)軸器和軋機，其中鼓形齒聯(lián)軸器托架及軋機機架底座安裝在滑軌上，由液壓缸推動進行更換軋機，機架采用液壓松開、液壓橫移、彈簧鎖緊，可整機架快速更換，軋機作業(yè)率高，操作和維護方便。鼓形齒聯(lián)軸器與軋機側(cè)通過軋輥扁頭聯(lián)接。與聯(lián)合齒輪箱側(cè)通過花鍵齒配合聯(lián)接，采用的是漸開線花鍵形式，這種形式傳動聯(lián)接花鍵齒根厚，承載能力高。另外，由于齒廓為漸開線，受載時齒上有徑向力，具有自動定心的作用，各齒受力均勻的特點。花鍵齒嚴格按D I N5 4 80標準制造，保證與齒輪箱精密嚙合，鼓形齒式聯(lián)軸的花鍵部分安裝有防塵罩及齒式磁性密封。

1 軋機減速機低速軸花鍵齒磨損案例

2009年3 月份，車間安排對3 H減速機周期性檢查、維護，對磨損嚴重的原件進行更換。后續(xù)生產(chǎn)過程中，對花鍵齒進行周期性檢查，未發(fā)現(xiàn)輸出軸花鍵齒磨損情況。在2014年5月年修期間，檢查齒套發(fā)現(xiàn)下齒套磨損嚴重，因現(xiàn)場無備件，安排將下側(cè)齒套與上側(cè)對調(diào)，在檢查更換過程中，發(fā)現(xiàn)輸出軸花鍵齒有輕微磨損情況，如圖2所示。

圖23 H軋機減速機低速軸（下側(cè)）

2014年9 月份，在對3 H軋機減速機輸出軸齒套檢查過程中，發(fā)現(xiàn)下輸出軸花鍵齒已嚴重磨損（材質(zhì)20 C r Mn Mo A），其花鍵單側(cè)齒磨損約2 mm，磨損情況如圖3所示。鑒于3 H軋機減速機下輸出軸花鍵齒磨損情況，對其進行更換，以消除重大的設(shè)備隱患，避免可能帶來更大的停機損失。

圖33 H軋機減速機低速軸（下側(cè)）花鍵齒嚴重磨損

2 花鍵齒單側(cè)齒磨損機理

花鍵齒磨損疲勞曲線如圖4所示。跑合階段磨損區(qū)域Ⅰ和穩(wěn)定磨損區(qū)域Ⅱ中，花鍵齒面磨損主要是摩擦磨損，由于節(jié)圓誤差實時發(fā)生變化，直到最終達到一個理想的嚙合狀態(tài)。而疲勞磨損區(qū)域Ⅲ，載荷循環(huán)造成花鍵磨損，花鍵會在很短時間內(nèi)失去承載能力并失效。

圖4 磨損疲勞曲線

花鍵齒單側(cè)磨損原理分析示意圖如圖5所示?；ㄦI齒單側(cè)磨損初期，可簡化為側(cè)面間隙，由于側(cè)面間隙的存在，花鍵軸齒和內(nèi)套齒在傳動開始階段，是在側(cè)面很小的面積上接觸，應(yīng)力激增。而在花鍵齒側(cè)面進入正常嚙合后，可簡要分析如下。

圖5 花鍵齒單側(cè)磨損原理分析示意圖

其中，r為花鍵內(nèi)齒套內(nèi)圓直徑；R為花鍵軸外圓直徑。

即花鍵傳動進入正常工作時要求花鍵側(cè)面完全接觸，因此實際的磨損量為： dececd?=。

由于R與r非常接近，因此初期花鍵齒單側(cè)磨損量是微小的。

3 結(jié)語

（1）由于更換的3 H軋機減速機下輸出軸為2009年替換下的備件，花鍵齒已有磨損，單邊磨損約2 mm。依據(jù)磨損疲勞機理，花鍵齒已處于疲勞磨損階段，但在原有工況條件不變的情況下（轉(zhuǎn)矩T以及徑向載荷Q），這個階段磨損主要取決于徑向載荷造成的花鍵齒及內(nèi)齒套的相對運動，即更為嚴重的摩擦磨損。因此這一階段，花鍵齒的單側(cè)磨損速率將成倍增加，需調(diào)整檢查周期，在檢查齒套時重點關(guān)注花鍵齒磨損情況。

（2）當(dāng)花鍵齒從輕微磨損到超過半個齒厚的磨損量后，由于花鍵傳動聯(lián)接存在著間隙，且在軋鋼過程中產(chǎn)生的振動和脈沖載荷綜合作用下，花鍵齒與內(nèi)齒套之間發(fā)生相對徑向運動，加劇磨損。當(dāng)磨損增大到一定量時，間隙會隨之增大，導(dǎo)致沖擊加劇，而花鍵齒將進一步被削弱，其最薄弱的部分會相繼出現(xiàn)局部斷裂，進而加速花鍵傳動聯(lián)接的破壞并致使最終傳動聯(lián)接失效。

（3）鑒于3 H軋機減速機下輸出軸花鍵齒現(xiàn)有磨損情況，無需進行花鍵聯(lián)接的齒面壓應(yīng)力及齒根強度校核，而需后續(xù)重點關(guān)注花鍵齒面磨損并跟蹤，現(xiàn)正常使用。

[1]謝家鳳. 減小花鍵滾刀齒形角提高花鍵齒加工精度[J]. 機械制造，1996（6）：22-23.

[2]趙艷萍等編. 設(shè)備管理與維修[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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：1671-0711（2017）12（下）-0034-02